Nitrogen isotopic composition and chemical composition of altered oceanic crust from ODP Legs 129 and 185

Knowledge of the subduction input flux of nitrogen (N) in altered oceanic crust (AOC) is critical in any attempt to mass-balance N across arc-trench systems on a global or individual-margin basis. We have employed sealed-tube, carrier-gas-based methods to examine the N concentrations and isotopic compositions of AOC. Analyses of 53 AOC samples recovered on DSDP/ODP legs from the North and South Pacific, the North Atlantic, and the Antarctic oceans (with larger numbers of samples from Site 801 outboard of the Mariana trench and Site 1149 outboard of the Izu trench), and 14 composites for the AOC sections at Site 801, give N concentrations of 1.3 to 18.2 ppm and d15N_air of -11.6? to +8.3?, indicating significant N enrichment probably during the early stages of hydrothermal alteration of the oceanic basalts. The N-d15N modeling for samples from Sites 801 and 1149 (n=39) shows that the secondary N may come from (1) the sedimentary N in the intercalated sediments and possibly overlying sediments via fluid-sediment/rock interaction, and (2) degassed mantle N2 in seawater via alteration-related abiotic reduction processes. For all Site 801 samples, weak correlation of N and K2O contents indicates that the siting of N in potassic alteration phases strongly depends on N availability and is possibly influenced by highly heterogeneous temperature and redox conditions during hydrothermal alteration. The upper 470-m AOC recovered by ODP Legs 129 and 185 delivers approximately 800 kg/km N annually into the Mariana margin. If the remaining less-altered oceanic crust (assuming 6.5 km, mostly dikes and gabbros) has MORB-like N of 1.5 ppm, the entire oceanic crust transfers 5100 kg/km N annually into that trench. This N input flux is twice as large as the annual N input of 2500 kg/km in seafloor sediments subducting into the same margin, demonstrating that the N input in oceanic crust, and its isotopic consequences, must be considered in any assessment of convergent margin N flux.

Noble gas concentrations of oceanic crust and sediments from the Ninety East Ridge in the Indian Ocean

We have determined the concentrations and isotopic composition of noble gases in old oceanic crust and oceanic sediments and the isotopic composition of noble gases in emanations from subduction volcanoes. Comparison with the noble gas signature of the upper mantle and a simple model allow us to conclude that at least 98% of the noble gases and water in the subducted slab returns back into the atmosphere through subduction volcanism before they can be admixed into the earth's mantle. It seems that the upper mantle is inaccessible to atmospheric noble gases due to an efficient subduction barrier for volatiles.

Geochemistry, and Nd- and Pb-isotopic composition of basalts from the upper oceanic crust of the Costa Rica Rift

The DSDP/ODP Hole 504B, drilled in the 5.9 Ma southern flank of the Costa Rica Rift, represents the deepest section through modern ocean floor basaltic basement. The hole penetrates a 570 m thick volcanic zone, a 210 m thick transition zone of volcanic rocks and dykes, and 1056 m of dykes. A representative selection of these basalt types has been investigated with respect to Nd and Pb isotopes. The epsilonNd of the basalts varies from 7.62 to 11.16. This range in the Nd-isotope composition represents about 67% of the total range reported for Pacific MORB. The Pb-isotope composition also shows significant variation, with 206Pb/204Pb varying from 17.90 to 18.82. The isotopic data show that a small volume of enriched mantle existed in the source. The large ranges in isotopic composition in a single drill hole demonstrate the importance of small-scale mantle heterogeneities in the petrogenesis of MORB. Fractional melting and extraction of small magma batches by channelled flow, and small, short-lived crustal magma reservoirs, with limited potential for mixing of the mantle derived magmas, are favored by these isotopic data.

(Table 2) Chlorine geochemistry and mineralogy of altered oceanic crust samples

Bulk chlorine concentrations and chlorine stable isotope compositions were determined for hydrothermally altered basalt (extrusive lavas and sheeted dikes) and gabbro samples (n = 50) from seven DSDP/ODP/IODP drill sites. These altered oceanic crust (AOC) samples span a range of crustal ages, tectonic settings, alteration type, and crustal depth. Bulk chlorine concentrations range from < 0.01 wt.% to 0.09 wt.%. In general, higher chlorine concentrations coincide with an increase in temperature of alteration and amphibole content. d37Cl values of whole rock AOC samples range from -1.4 to +1.8 per mil. High d37Cl values (>=~0.5 per mil) are associated with areas of higher amphibole content. This observation is consistent with theoretical calculations that estimate amphibole should be enriched in 37Cl compared to co-existing fluid. Negative to near zero d37Cl values are found in areas dominated by clay minerals. Chlorine geochemistry is a rough indicator of metamorphic grade and mineralogy. AOC is a major Cl host in the subducting oceanic lithospheric slab. Here we show that bulk chlorine concentrations are ~3 times higher than previous estimates resulting in a greater contribution of Cl to the mantle.

Thinning of the Goban Spur continental margin and formation of early oceanic crust: Constraints from forward modelling and inversion of marine magnetic anomalies

The deep seismic reflection profile Western Approaches Margin (WAM) cuts across the Goban Spur continental margin, located southwest of Ireland. This non-volcanic margin is characterized by a few tilted blocks parallel to the margin. A volcanic sill has been emplaced on the westernmost tilted block. The shape of the eastern part of this sill is known from seismic data, but neither seismic nor gravity data allow a precise determination of the extent and shape of the volcanic body at depth. Forward modelling and inversion of magnetic data constrain the shape of this volcanic sill and the location of the ocean-continent transition. The volcanic body thickens towards the ocean, and seems to be in direct contact with the oceanic crust. In the contact zone, the volcanic body and the oceanic magnetic layer display approximately the same thickness. The oceanic magnetic layer is anomalously thick immediately west of the volcanic body, and gradually thins to reach more typical values 40 km further to the west. The volcanic sill would therefore represent the very first formation of oceanic crust, just before or at the continental break-up. The ocean-continent transition is limited to a zone 15 km wide. The continental magnetic layer seems to thin gradually oceanwards, as does the continental crust, but no simple relation is observed between their respective thinnings.

The Early Cretaceous San Juan Plutonic Suite, Ecuador: A magma chamber in an oceanic plateau ?

Sections through an oceanic plateau are preserved in tectonic slices in the Western Cordillera of Ecuador (South America). The San Juan section is a sequence of mafic-ultramafic cumulates. To establish that these plutonic rocks formed in an oceanic plateau setting, we have developed criteria that discriminate intrusions of oceanic plateaus from those of other tectonic settings. The mineralogy and crystallization sequence of the cumulates are similar to those of intra-plate magmas. Clinopyroxene predominates throughout, and orthopyroxene is only a minor component. Rocks of intermediate composition are absent, and hornblende is restricted to the uppermost massive gabbros within the sequence. The ultramafic cumulates are very depleted in light rare-earth elements (LREE), whereas the gabbros have flat or slightly enriched LREE patterns. The composition of the basaltic liquid in equilibrium with the peridotite, calculated using olivine compositions and REE contents of clinopyroxene, contains between 16% and 8% MgO and has a flat REE pattern. This melt is geochemically similar to other accreted oceanic plateau basalts, isotropic gabbros, and differentiated sills in western Ecuador. The Ecuadorian intrusive and extrusive rocks have a narrow range of epsilonNd(i) (+8 to +5) and have a rather large range of Pb isotopic ratios. Pb isotope systematics of the San Juan plutonic rocks and mineral separates lie along a mixing line between the depleted mantle (DMM) and the enriched-plume end members. This suggests that the Ecuadorian plutonic rocks generated from the mixing of two mantle sources, a depleted mid-oceanic ridge basalt (MORB) source and an enriched one. The latter is characterized by high (Pb-207/Pb-204)(i) ratios and could reflect a contamination by recycled either lower continental crust or oceanic pelagic sediments and (or) altered oceanic crust (enriched mantle type I, EMI). These data suggest that the San Juan sequence represents the plutonic components of an Early Cretaceous oceanic plateau, which accreted in the Late Cretaceous to the Ecuadorian margin.

Multiple plume events in the genesis of the peri-Caribbean Cretaceous oceanic plateau province

The oceanic crust fragments exposed in central America, in north-western South America, and in the Caribbean islands have been considered to represent accreted remnants of the Caribbean-Colombian Oceanic Plateau (CCOP). On the basis of trace element and Nd, Sr, and Pb isotopic compositions we infer that cumulate rocks, basalts, and diabases from coastal Ecuador have a different source than the basalts from the Dominican Republic. The latter suite includes the 86 Ma basalts of the Duarte Complex which are light rare earth element (REE) -enriched and display (relative to normal mid-ocean ridge basalts, NMORB) moderate enrichments in large ion lithophile elements, together with high Nb, Ta, Pb, and low Th contents. Moreover, they exhibit a rather restricted range of Nd and Pb isotopic ratios consistent with their derivation from an ocean island-type mantle source, the composition of which includes the HIMU (high U-238/Pb-204) component characteristic of the Galapagos hotspot. In contrast, the 123 Ma Ecuadorian oceanic rocks have flat REE patterns and (relative to NMORB) are depleted in Zr, Hf, Th, and U. Moreover, they show a wide range of Nd and Pb isotopic ratios intermediate between those of ocean island basalts and NMORB. It is unlikely, on geochemical grounds, that the plume source of the Ecuadorian fragments was similar to that of the Galapagos. In addition, because of the NNE motion of the Farallon plate during the Early Cretaceous, the Ecuadorian oceanic plateau fragments could not have been derived from the Galapagos hotspot but were likely formed at a ridge-centered or near-ridge hotspot somewhere in the SE Pacific.

The Lithium, Boron and Beryllium content of serpentinized peridotites from ODP Leg 209 (Sites 1272A and 1274A): Implications for lithium and boron budgets of oceanic lithosphere

Despite the key importance of altered oceanic mantle as a repository and carrier of light elements (B, Li, and Be) to depth, its inventory of these elements has hardly been explored and quantified. In order to constrain the systematics and budget of these elements we have studied samples of highly serpentinized (>50%) spinel harzburgite drilled at the Mid-Atlantic Ridge (Fifteen-Twenty Fracture zone, ODP Leg 209, Sites 1272A and 1274A). In-situ analysis by secondary ion mass spectrometry reveals that the B, Li and Be contents of mantle minerals (olivine, orthopyroxene, and clinopyroxene) remain unchanged during serpentinization. B and Li abundances largely correspond to those of unaltered mantle minerals whereas Be is close to the detection limit. The Li contents of clinopyroxene are slightly higher (0.44-2.8 mu g g(-1)) compared to unaltered mantle clinopyroxene, and olivine and clinopyroxene show an inverse Li partitioning compared to literature data. These findings along with textural observations and major element composition obtained from microprobe analysis suggest reaction of the peridotites with a mafic silicate melt before serpentinization. Serpentine minerals are enriched in B (most values between 10 and 100 mu g g(-1)), depleted in Li (most values below I mu g g(-1)) compared to the primary phases, with considerable variation within and between samples. Be is at the detection limit. Analysis of whole rock samples by prompt gamma activation shows that serpentinization tends to increase B (10.4-65.0 mu g g(-1)), H2O and Cl contents and to lower Li contents (0.07-3.37 mu g g(-1)) of peridotites, implying that-contrary to alteration of oceanic crust-B is fractionated from Li and that the B and Li inventory should depend essentially on rock-water ratios. Based on our results and on literature data, we calculate the inventory of B and Li contained in the oceanic lithosphere, and its partitioning between crust and mantle as a function of plate characteristics. We model four cases, an ODP Leg 209-type lithosphere with almost no igneous crust, and a Semail-type lithosphere with a thick igneous crust, both at I and 75 Ma, respectively. The results show that the Li contents of the oceanic lithosphere are highly variable (17-307 kg in a column of I m x I m x thickness of the lithosphere (kg/col)). They are controlled by the primary mantle phases and by altered crust, whereas the B contents (25-904 kg/col) depend entirely on serpentinization. In all cases, large quantities of B reside in the uppermost part of the plate and could hence be easily liberated during slab dehydration. The most prominent input of Li into subduction zones is to be expected from Semail-type lithosphere because most of the Li is stored at shallow levels in the plate. Subducting an ODP Leg 209-type lithosphere would mean only very little Li contribution from the slab. Serpentinized mantle thus plays an important role in B recycling in subduction zones, but it is of lesser importance for Li. (C) 2008 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Radiolarian biochronology and Pacific origin of Jurassic-Cretaceous oceanic terranes in Costa Rica and Puerto Rico

AbstractAs demonstrated during several recent geological conferences, there is still a large debate concerning the origins of the Mesozoic oceanic remnants on the Caribbean Plate. The geodynamic models describing the Mesozoic history of the Caribbean realm can be divided into two main categories based on the origin of the Caribbean Plate: 1) An in situ origin between the Americas; 2) A Pacific origin and an eastward transport relative to the Americas. The study of the ribbon-bedded radiolarite is a key in determining the origins of associated Mesozoic oceanic terranes and may help to achieve a general agreement regarding the basic principles on the evolution of the Caribbean Plate. The Early Jurassic to early Late Cretaceous Bermeja Complex of Puerto Rico, witch contains serpentinized peridotite, altered basalt, amphibolite, and chert (Mariquita Chert Formation), and the contemporaneous Santa Rosa Accretionary Complex, which crops out in several half-windows along the south shores of the Santa Elena Peninsula in northwestern Costa Rica, are two of these little-known and crucial ophiolitic mélanges. The Manzanillo and Matambú fore-arc Terranes of the Nicoya Peninsula in the northwestern Costa Rica, which contain Late Cretaceous to Early Paleogene radiolarian-bearing siliceous mudstones and cherts associated with arc-derived mafic to intermediate volcaniclastics, bring important information on the history of the western active margin of the Caribbean Plate. A systematic radiolarian study of these three regions is presented herein in three different articles.The radiolarian biochronology of the Mariquita Chert Formation of the Bermeja Complex presented in this work indicate an early Middle Jurassic to early Late Cretaceous (late Bajocian-early Callovian to middle Albian-middle Cenomanian) age for the Mariquita Chert Formation. The illustrated assemblages contain 150 species, of which 3 are new (Pantanellium karinae, Loopus bermejaense, and L. boricus), and belonging to 59 genera. A review of the previous radiolarian published works on this formation and the results of this study suggest that the Bermeja Complex ranges in age from Middle Jurassic to early Late Cretaceous (late Aalenian to middle Cenomanian) and also reveal a possible feature of the complex, which is the youngling of radiolarian cherts from north to south, evoking a polarity of accretion. On the basis of a currently exhaustive inventory of the ribbonbedded radiolaritic facies on the Caribbean Plate, a re-examination of the distribution of Middle Jurassic sediments associated with oceanic crust from the Caribbean realm, and a paleoceanographical argumentation on the water currents, we come to the conclusion that the radiolarite and associated Mesozoic oceanic terranes of the Caribbean Plate are of Pacific origin. The previous argument for a Pacific origin of the Bermeja Complex presented by Montgomery et al. (1994a), based on their radiolarian age and their estimation of the oldest Proto-Caribbean oceanic crust, is nowadays seriously questionable, owing to the recent progresses in radiolarian biostratigraphy and new discoveries on the age of the first oceanic crust spreading between the Americas. Furthermore, we interpret the radiolarian Parvicingulidae-rich assemblages in the low-latitude Caribbean context as potential indicators of upwelling or land nutrients inputs, instead of indicators of paleolatitudes,as firstly stated by Pessagno and Blome (1986). Eventually, a discussion on the origin of the cherts of the Mariquita Formation illustrated by Middle Jurassic to middle Cretaceous geodynamic models of the Pacific and Caribbean realms bring up the possibility that the rocks of the Bermeja Complex are remnants of two different oceans.The Santa Rosa Accretionary Complex contains various oceanic assemblages of alkaline basalt, radiolarite and polymictic breccias. The radiolarian biochronology (19 illustrated assemblages, 232 species belonging to 63 genera) presented in this work indicate an Early Jurassic to early Late Cretaceous (early Pliensbachian to earliest Turonian) age for the sediments associated with oceanic basalts or recovered from blocks in breccias or megabreccias from the Santa Rosa Accretionary Complex. This study brings to light the Early Jurassic age of a sequence of ribbon-bedded radiolarite, which was previously thought to be of Cretaceous age, intruded by alkaline basalts sills. The presence of Early Jurassic large reworked blocks of radiolarite in a polymictic megabreccia, firstly reported by De Wever et al. (1985) is confirmed. Therefore, the alkaline basalt associated with these radiolarites could be of Jurassic age. In the Carrizal tectonic window, Middle Jurassic radiolarian chert blocks and Early Cretaceous brick-red ribbon-bedded radiolarites overlying pillow basalts are interpreted as fragments of a Middle Jurassic oceanic basement accreted to an Early Cretaceous oceanic plate, in an intra-oceanic subduction context. Whereas, knobby radiolarites and black shale at Playa Carrizal are indicative of a shallower middle Cretaceous paleoenvironment. Other younger oceanic remnants documented the rapid approach of the site of sedimentation to a subduction trench during the late Early Cretaceous (AlbianCenomanian), maybe early Late Cretaceous (Turonian).In total, 60 species belonging to 34 genera were present in relatively well-preserved radiolarian faunas from volcaniclastics and associated pelagic and hemipelagic rocks of the Matambú and Manzanillo terranes, ranging in age from Late Cretaceous to Early Paleogene (middle Turonian-Santonian to late Thanetian-Ypresian). This study shows that radiolarians can provide significant biostratigraphic control in the Nicoya Peninsula where very similar lithologies of different ages are present. Two radiolarian samples directly date the Berrugate Formation for the first time (middle Turonian-Santonian and Coniacian-Santonian). These ages allow to determine a volcanic arc activity on the western edge of the future Caribbean Plate at least since the Santonian that could have lasted through the middle Turonian-early Campanian interval by stratigraphic superposition. Moreover on the basis of these radiolarian ages, the Loma Chumico Formation of Albian age, and the Berrugate Formation of middle Turonian-early Maastrichtian age, can now be clearly differentiated. Two samples from the Sabana Grande Formation give a Coniacian-Santonian age and a Coniacian-Campanian age and indicate that there is a stratigraphic gap of ~10 million years between this formation and the underlying Albian Loma Chumico Formation.RésuméComme cela a pu se vérifier à plusieurs reprises lors de conférences géologiques récentes, le débat sur l'origine des terrains océaniques mésozoïques de la Plaque Caraïbes est toujours d'actualité. Les modèles géodynamiques décrivant l'histoire de la région caraïbes peuvent être classés en deux catégories basées sur l'origine de la Plaque Caraïbes : 1) Une origine in situ entre les Amériques ; 2) Une origine Pacifique et un transport vers l'est, par rapport aux Amériques. L'étude des radiolarites rubanées est capitale pour la détermination de l'origine des terrains océaniques allochtones du Mésozoïque et peut être utile pour parvenir à un compromis général concernant les principes basiques de l'évolution de la Plaque Caraïbes. Le complexe de Bermeja à Porto Rico qui est constitué de péridotites serpentinisées, de basaltes altérés, d'amphibolites et de cherts (Formation des Cherts de Mariquita), et le Complexe d'Accrétion de Santa Rosa qui affleure dans plusieurs demi-fenêtres tectoniques au sud de la Péninsule de Santa Elena au nord-ouest du Costa Rica sont deux de ces mélanges ophiolitiques peu décrits et déterminants. Les terrains de fore-arc de Manzanillo et de Matambu dans la Péninsule de Nicoya au nord-ouest du Costa Rica qui sont composés de calcaires siliceux et de cherts riches en radiolaires associés à du matériel volcanique d'arc mafique à intermédiaire, apportent d'importantes informations sur l'histoire de la marge active occidentale de la Plaque Caraïbe. Une étude systématique des radiolaires de ces trois régions est présentée dans ce travail sous forme de trois articles.La biochronologie des radiolaires de la Formation des Cherts de Mariquita du Complexe d'Accrétion de Santa Rosa présentée dans ce travail indique un âge Jurassique Moyen inférieur à Crétacé Supérieur inférieur (Bajocien supérieur-Callovien inférieur à Albien moyen-Cénomanien moyen) pour la Formation des Cherts de Mariquita. Les assemblages illustrés contiennent 150 espèces, parmis lesquelles 3 sont nouvelles (Pantanellium karinae, Loopus bermejaense et L. boricus), et appartenant à 59 genres différents. Une révision des travaux publiés précédemment sur les radiolaires de cette formation, ainsi que les résultats de cette étude suggèrent que le Complexe de Bermeja a un âge allant du Jurassique moyen au Crétacé Supérieur inférieur (Aalénien supérieur à Cénomanien moyen) et révèle aussi une caractéristique éventuelle du complexe qui est le rajeunissement des radiolarites du nord au sud, évoquant une polarité d'accrétion. Sur la base d'un inventaire actuellement exhaustif du facies radiolaritique rubané sur la Plaque Caraïbes, d'un nouvel examen de la distribution globale des sédiments du Jurassique Moyen associés à de la croûte océanique et d'une argumentation paléocéanographique sur les courants, nous arrivons à la conclusion que les radiolarites et les unités tectoniques océaniques du Mésozoïque associées de la Plaque Caraïbes sont d'origine pacifique. L'argument antérieur pour une origine pacifique du Complexe de Bermeja présenté par Montgomery et al. (1994a), basé sur leur âge à radiolaire et leur estimation de l'âge de la plus vieille croûte océanique des Proto-Caraïbes, est sérieusement remis en question aujourd'hui, en raison des progrès récents de la biostratigraphie des radiolaires et des nouvelles découvertes concernant l'âge du début de l'océanisation entre les Amériques. En outre, dans le contexte de basses latitudes des Caraïbes, nous interprétons les assemblages à radiolaires riches en Parvicingulidae comme étant des indicateurs potentiels d'apports en nutriments des zones d'uppwelling ou des terres, plutôt que des indicateurs de paléolatitudes, comme exposer pour la première fois par Pessagno et Blome (1986). Finalement, une discussion sur l'origine des cherts de la Formation de Mariquita illustrée par des modèles géodynamiques du Jurassique Moyen au Crétacé moyen des régions pacifique et caraïbes, fait poindre la possibilité que les roches du Complexe de Bermeja proviennent de deux océans différents.Le Complexe d'Accrétion de Santa Rosa contient plusieurs assemblages océaniques différents de basaltes alcalins, radiolarites et brèches polymictes. La biochronologie des radiolaires (19 assemblages illustrés, 232 espèces appartenant à 63 genres) présentée dans ce second travail indique un âge Jurassique Inférieur à Crétacé Supérieur inférieur (Pliensbachien inférieur à Turonien initial) pour les sédiments associés aux basaltes océaniques ou provenant de blocs dans des brèches ou des mégabrèches du Complexe d'Accrétion de Santa Rosa. Cette étude met en évidence l'âge Jurassique Inférieur d'une séquence de radiolarites rubanées entrecoupée de sills de basaltes alcalins, dont l'âge estimé était précédemment le Crétacé.La présence de blocs plurimétriques de radiolarites d'âge Jurassique Inférieur remaniés dans une mégabrèche polymicte, dont la présence avait été signalée par De Wever et al. (1985), est confirmée. Par conséquent, les basaltes alcalins associés à ces radiolarites pourraient aussi être d'âge Jurassique. Dans la fenêtre tectonique de Carrizal, des blocs de radiolarites d'âge Jurassique Moyen et des radiolarites du Crétacé Inférieur recouvrant des basaltes en coussins sont interprétés comme des fragments d'une croûte océanique d'âge Jurassique Moyen accrétés à une plaque océanique d'âge Crétacé Inférieur, dans un contexte de subduction intra-océanique. Alors que dans la même zone, les radiolarites « noueuses » et les argiles noires associées sont interprétées comme des indicateurs d'un milieu peu profond au Crétacé. D'autres fragments océaniques plus jeunes documentent une approche rapide du lieu de sédimentation vers une fosse de subduction pendant le Crétacé Inférieur supérieur (Albien-Cénomanien), peut-être Crétacé Supérieur (Turonien).Au total, 60 espèces appartenant à 34 genres ont été déterminées à partir de faunes à radiolaires relativement bien préservées, extraites de roches volcanoclastiques et pélagiques à hémipélagiques associées, provenant des terrains de Matambu et Manzanillo et ayant des âges compris entre le Crétacé Supérieur et le Paléogène Inférieur (Turonien moyen-Santonien à Thanétien supérieur-Yprésien). Cette étude montre que les radiolaires peuvent fournir un contrôle stratigraphique significatif dans la Péninsule de Nicoya, où des lithologies similaires, mais d'âges différents sont présentes. Deux échantillons à radiolaires permettent de dater la Formation de Berrugate pour la première fois (Turonien moyen-Santonien et Coniacien-Santonien). Ces âges permettent d'établir une activité volcanique d'arc le long de la marge occidentale de la futur Plaque Caraïbes au moins depuis le Santonien et qui pourrait avoir durée jusqu'au Turonien moyen-Campanien inférieur. De plus, sur la base de ces âges à radiolaires, la Formation de Loma Chumico d'âge Albien, et la Formation de Berrugate d'âge Turonien moyen-Maastrichtien inférieur, peuvent maintenant être différenciées. Deux échantillons de la Formation de Sabana Grande donnent des âges Coniacien-Santonien et Coniacien-Campanien et indiquent qu'il existe une lacune stratigraphique d'environ 10 millions d'années entre cette formation et la Formation de Loma Chumico sous-jacente d'âge Albien.

Mesozoic oceanic terranes of southern Central America : geology, geochemistry and gedynamics

Abstract The Northwestern edge of the modern Caribbean Plate, located in central Middle America (S-Guatemala to N-Costa Rica), is characterized by a puzzle of oceanic and continental terranes that belonged originally to the Pacific façade of North America. South of the Motagua Fault Zone, the actual northern strike slip boundary of the Caribbean Plate, three continental slivers (Copán, Chortis s. str. and Patuca) are sandwiched between two complex suture zones that contain HP/LT mafic and ultramafic oceanic rocks: The Motagua Mélanges to the North, extensively studied in the last ten years and the' newly defined Mesquito Composite Oceanic Terrane (MCOT) to the South. No modem geological data were available for the oceanic terrane located in the southern part of the so called continental "Chortis Block". Classically, the southern limit of this block with the Caribbean Large Igneous Province (CLIP) was placed at a hypothetical fault line connecting the main E-W fault in the Santa Elena Peninsula (N-Costa Rica) with the Hess Escarpment. However, our study in eastern Nicaragua and northwestern Costa Rica evidences an extensive assemblage of oceanic upper mantle and crustal rocks outcropping between the Chortis/Patuca continental blocks and the CLIP. They comprise collided and accreted exotic terranes of Pacific origin recording a polyphased tectonic history. We distinguish: 1- The MCOT that comprises a Late Triassic to Early Cretaceous puzzle of oceanic crust and arc-derived rocks set in a serpentinite matrix, and 2- The Manzanillo and Nicoya Terranes that are made of Cretaceous plateau-like rocks associated with oceanic sediments older than the CLIP. This study has been focused on the rocks of the MCOT. The MCOT comprises the southern half of the former "Chortis Block" and is defined by 4 comer localities characterized by ultramafic and mafic oceanic rocks of Late Triassic, Jurassic and Early Cretaceous age: 1- The Siuna Serpentinite Mélange (NE-Nicaragua), 2- The El Castillo Mélange (Nicaragua/Costa Rica border), 3- DSDP Legs 67 and 84 (Guatemala fore-arc basin), and 4- The Santa Elena Peridiotite (NW-Costa Rica). The Siuna Serpentinite Mélange (SSM) is a HP/LT subduction zone mélange set in a serpentinite matrix that contains oceanic crust and arc-related greenschist to blueschist/eclogite facies metamafic and metasedimentary blocks. Middle Jurassic (Bajocian-Bathonian) radiolarites are found in original sedimentary contact with arc-derived greenstones. Late Jurassic black detrital chert possibly formed in a marginal (fore-arc?) basin shortly before subduction. A phengite 40Ar/39Ar -cooling age dates the exhumation of the high pressure rocks as 139 Ma. The El Castillo Mélange (ECM) is composed of serpentinite matrix with OIB metabasalts and Late Triassic (Rhaetian) red and green radiolarite blocks. Recent studies of the DSDP Legs 67/84 show that the Guatemala/Nicaragua fore-arc basin is composed of a pile of ultramafic, mafic (OIB-like) and arc related rocks with ages ranging from Late Triassic to Campanian. Finally, the Santa Elena peridiotites that mark the limit of the MCOT with the Manzanillo/Nicoya Terranes and correspond to an association of ultramafic rocks that comprise peridiotites, dunites and chromites of abyssal and fore-arc origin. The SSM is the result of a collision between a Middle Jurassic island arc and the Patuca Terrane, a fragment of the Western N-American active continental margin. The Siuna Mélange (SSM) and the South Montagna Mélange share common characteristics with the Pacific N-American suture zone (E-Franciscan and Vizcaino mélanges), in particular, the Mesozoic ages of HP/LT metamorphic and the arc-derived blocks. For us, these mélanges imply an originally continuous, but slightly diachronous suture that affected the entire W-American active margin. It may imply the arrival and collision of an exotic intraoceanic arc (Guerrero-Phoenix) related to the origin of the Pacific Plate that initiated as a back arc basin of this arc. The present disposition of the fragments of this suture zone is the result of a northward shift of the active left-lateral strike slip motion between the N-American and the Caribbean Plates. Résumé Le coin nord-ouest de la Plaque Caraïbe moderne se trouve en Amérique Centrale, entre le sud du Guatemala et le nord du Costa Rica. Cette région est composée d'un puzzle de terrains océaniques et continentaux dont les origines se situent sur la façade pacifique de l'Amérique du Nord. Au sud de la faille de Motagua, la limite septentrionale actuelle, décrochante, de la Plaque Caraïbe, se trouvent 3 copeaux continentaux (Copàn, Chortis s. str. et Patuca) coincés entre deux zones de suture complexes à roches mafiques et ultramafiques qui ont subi un métamorphisme de haute pression/basse température (HP/LT). Il s'agit des Mélanges de Motagua au nord, largement étudiés ces dernières années, et du Mesquito Composite Oceanic Terrane (MCOT), récemment défini par nous, au sud. En vue de l'absence de données géologiques modernes concernant les terrains océaniques qui se trouvent dans la partie sud du "Chortis Block" considérée comme continentale, nous avons dédié cette étude à cette région. Classiquement, la limite méridionale entre le "Chortis Block" et la "Caribbean Large Igneous Province" (CLIP) a été associée à une faille hypothétique reliant la faille E-W de Santa Elena (nord du Costa Rica) à l'Escarpement de Hess. Notre étude au Nicaragua oriental et au Costa Rica nord-occidental a révélé l'existence de larges terrains composés d'assemblages de roches mantéliques et océaniques qui se placent entre les blocs continentaux Chortis/Patuca et le CLIP. Ces assemblages révèlent des terrains collisionnés et accrétés d'origine pacifique enregistrant une histoire tectonique polyphasée. Nous distinguons: 1- Le MCOT, un puzzle de roches océaniques d'arc d'âge Triassique supérieur au Crétacée inférieur, 2- Les terrains de Manzanillo et de Nicoya, des morceaux de plateaux océaniques associés à des sédiments océaniques plus âgés que le CLIP. Cette étude se focalisera sur les roches du MCOT. Le MCOT occupe la moitié sud de l'ancien "Chortis Block" et peut se définir par 4 localités de référence qui montrent des roches mafiques et ultramafiques océaniques d'âges compris entre le Trias supérieur et le Crétacée inférieur. 1- Le Siuna Serpentinite Mélange (NE-Nicaragua), 2- Le El Castillo Mélange (Nicaragua/Costa Rica border), 3- Le DSDP Legs 67/84 (Guatemala fore-arc basin) et 4- La Santa Elena Peridiotite (nord-ouest du Costa Rica). Le Siuna Serpentinite Mélange (SSM) est un mélange de subduction HP/BT dans une matrice de serpentinite. On y trouve des éléments de croûte océanique et d'arc insulaire en faciès de schistes verts et schistes bleus. Des radiolarites du Jurassique moyen se trouvent en contact sédimentaire sur des roches vertes d'arc. En revanche, des cherts noirs détritiques datent du Jurassique supérieur et sont probablement issus d'un bassin marginal (fore-arc ?) peu avant leur subduction, car un âge 40Ar/39Ar de refroidissement des phengites date l'exhumation des roches de haute pression à 139 Ma. Le Mélange d'El Castillo (ECM) est constitué d'une matrice serpentinitique et contient des blocs de metabasaltes OIB et des blocs de radiolarites du Trias terminal. Des études récentes ont repris les roches forées lors des DSDP Legs 67 et 84 et montrent que le soubassement du bassin d'avant-arc du Guatemala-Nicaragua est composé de roches ultramafiques et mafiques (OIB et arc), dont les âges isotopiques vont du Trias au Crétacé supérieur. Finalement, les péridiotites de Santa Elena forment la limite sud du MCOT par rapport aux terrains de Manzanillo et Nicoya. Elles contiennent des serpentinites et localement des dunites et chromites à affinité abyssale et de fore-arc. Le SSM témoigne d'une collision entre un arc insulaire d'âge Jurassique moyen et le Patuca Terrane, un fragment de la marge active nord-américaine. Le SSM et le South Motagua Mélange ont des caractéristiques en commun avec les zones de suture de la façade pacifique de l'Amérique du nord (E-Franciscan et Vizcaino mélanges), notamment les âges Mésozoïques du métamorphisme HP/BT et les blocs de roches d'arc. Ce fait nous conduit à penser qu'il s'agit d'une grande zone de suture qui était à l'origine continue sur toute la marge ouest-américaine, mais légèrement diachrone. Cette suture implique l'arrivée et la collision d'un arc intraocéanique exotique (Guerrero-Phoenix) qui est à l'origine de la Plaque Pacifique qui s'ouvrait en back arc par rapport à celui-ci. La disposition actuelle des fragments de cette suture est due à la migration vers le nord du décrochement actif senestre entre la Plaque nord-américaine et la Plaque Caraïbe. K. Flores, 2009 Mesozoic oceanic terranes of southern central America Résumé Grand Public La présente thèse est le résultat de travaux de terrain effectués de 2005 à 2008 au nord-est et au sud du Nicaragua et au nord du Costa Rica, en Amérique Centrale, des analyses pétrologiques et géochimiques en laboratoire ainsi que de la modélisation de l'évolution géodynamique. La région étudiée se situe en bordure nord - ouest de la Plaque Caraïbe moderne. Dans la majorité des publications récentes cette région est représentée comme un vaste bloc continental (le "Bloc Chortis") qui serait limité, (i) au nord, par la faille décrochante de Motagua, la limite actuelle entre la Plaque Nord-Américaine et la Plaque Caraïbe, et (ii) au sud, par une suture hypothétique qui se trouverait aux confins entre le Nicaragua et le Costa Rica. La région du Costa Rica a été considérée presque entièrement comme une partie du Plateau Caraïbe ("Caribbean Large Igneous Province" (CLIP)). L'étude détaillée des affleurements nous a permis de mettre en évidence : - Au nord-est du Nicaragua (Siuna) : Des roches océaniques datées du Jurassique moyen, grâce aux faunes à radiolaires qui ont été extraites des radiolarites rouges. Ces roches ont subi un métamorphisme de haute pression typique des zones de collision. L'étude radio-isotopique Ar/Ar a permis de dater la collision du Crétacé basal (139 Ma). - Au sud du Nicaragua : Des roches océaniques d'âge Trias terminal (200 millions d'années), également datées à l'aide de faunes à radiolaires. Il s'agit actuellement des roches océaniques les plus anciennes connues de l'Amérique Centrale. - L'étude géochimique et les âges des fossiles démontrent que le tiers septentrional du Costa Rica possède un soubassement construit d'au moins deux terrains (Nicoya et Manzanillo), qui ont des caractéristiques de Plateau océanique (Nicoya) et d'arc volcanique du Crétacé moyen (Manzanillo). Ces deux terrains sont plus anciens que le CLIP. En conclusion, nous constatons que la région étudiée est constituée d'un puzzle de 3 blocs continentaux et d'un vaste terrain océanique composite que nous appelons Mesquito Composite Oceanic Terrane (MCOT). En plus, nous définissons les terrains de Nicoya et de Manzanillo comme plus âgés et distincts du CLIP. Le MCOT est caractérisé par la présence de roches du manteau supérieur (les serpentinites) et de la croûte océanique, ainsi que des morceaux d'arcs, d'âge allant du Trias supérieur au Crétacé. Ce terrain est comparable à d'autres zones de suture de la façade pacifique de l'Amérique du nord, notamment en ce qui concerne les âges Mésozoïques, le métamorphisme de haute pression et l'association de roches mantéliques et crustales océaniques. Ce fait nous conduit à penser qu'il s'agit d'une grande zone de suture qui était à l'origine continue sur toute la marge ouest-américaine. Cette suture implique l'arrivée et la collision d'un arc infra-océanique exotique qui serait à l'origine de la Plaque Pacifique qui se serait ouverte en bassin d'arrière arc par rapport à celui-ci. La disposition actuelle des fragments de cette suture est due à la migration vers le nord du décrochement actif senestre entre la Plaque nord-américaine et la Plaque Caraïbe.